Agrivoltaic Systems and Hybrid Use of Agricultural Fields

Year 2023, Volume: 5 Issue: 1-2, 9 - 19, 31.12.2023

İbrahim Kırbaş

Abstract

The need for renewable energy sources has increasing day by day due to the increase in fossil fuel prices and their harm to the environment. In parallel with the increase in energy demand that occurs with the increase in the world population, the food needs of humans and animals also increasing. At this point, these problems can be solved by using agricultural lands to produce both food and energy. Systems called agrivoltaic are known for allowing the use of soil resources together for food and energy production, and it is aimed to minimize the competition between these two fields. In this study, agrivoltaic systems, one of the best strategies for converting solar radiation into both energy and food, are examined. A review of the technological and spatial design options available to date based on the most up-to-date information in the expertise, and a summary of several empirical studies that demonstrate the enormous potential of agricultural systems if implemented with many shade-tolerant crops. In addition, in an agrivoltaic system that can be made in the simplest way, it has been determined that there will be an increase in electricity production by 20-47% as a result of the arrangements to be made with only panel placement. Agrivoltaic systems, which will find an important place in the future in meeting the energy and food demands that are important for humanity, will increase the efficiency of land use, especially in countries where agricultural areas are scarce. As a result, agrivoltaic systems appear as promising systems.

Keywords

Agrivoltaic, Energy, Solar, Farming areas

Agrivoltaik Sistemler ve Tarım Alanlarının Hibrit Kullanımı

Abstract

Fosil yakıt fiyatlarının artması ve çevreye olan zararları nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Dünya nüfusunun artması ile meydana gelen enerji talebindeki artışa paralel olarak insanların ve hayvanların gıda ihtiyaçları da artmaktadır. Bu durumda tarım alanlarının hem gıda hem de enerji üretmek için kullanılması ile bu sorunlar çözümlenebilir. Agrivoltaik olarak adlandırılan sistemler, gıda ve enerji üretimi için toprak kaynaklarının birlikte kullanımına imkân vermesi ile bilinmekte olup bu iki alan arasında oluşan rekabetin en aza indirgemesi hedeflenmektedir. Bu çalışmada güneş radyasyonunu hem enerjiye hem de gıdaya dönüştürmek için en iyi stratejilerden biri olan agrivoltaik sistemler incelenmiştir. Alandaki en güncel bilgilere dayanan bugüne kadar mevcut olan teknolojik ve mekânsal tasarım seçeneklerini gözden geçirilip, gölgeye dayanıklı birçok ürünle uygulandığı takdirde, tarımsal sistemlerin muazzam potansiyelini gösteren birkaç deneysel çalışma özetlenmiştir. Ayrıca en basit şekliyle yapılabilecek bir agrivoltaik sistemde sadece panel yerleşimi ile yapılacak olan düzenlemeler sonucunda %20-47 oranlarında bir elektrik üretimi artışı olacağı tespit edilmiştir. İnsanlık için önem arz eden enerji ve gıda taleplerinin karşılanmasında gelecekte önemli bir yer bulacak olan agrivoltaik sistemler ile özellikle tarım alanlarının kıt olduğu ülkelerde arazi kullanımın etkinliği artırılmış olacaktır. Sonuç olarak agrivoltaik sitemler gelecek vaat eden sistemler olarak karşımıza çıkmaktadır.

Keywords

Agrivoltaik, Enerji, Güneş, Tarım Alanları

References

• Amaducci, S., Yin, X.,Colauzzi, M. (2018). Agrivoltaic systems to optimise land use for electric energy production. Applied Energy 220: 545–561. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.081
• Bakır, C. ve Yılancı, A. (2022). Türkiye’deki Farklı İller İçin Şebekeye Bağlı Arazi ve Çatı Tipi Lisanssız Fotovoltaik Güç Santrallerinin Tekno-Ekonomik Analizi. Mühendis ve Makina 63(709): 560-584. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.114780
• BayWa, R.E., (2022). Agri-PV. https://www.baywa-re.de/en/agri-pv/(Son erişim tarihi: 18.03.2022).
• Campana, P.E., Stridh, B., Amaducci, S., Colauzzi, M. (2021). Optimisation of vertically mounted agrivoltaic systems. Journal of Cleaner Production 325: 129091.https://doi.org/10.1016/j.jclepro. 2021.129091
• Çifci, A., Kırbaş, İ., İşyarlar, B. (2014). Güneş Pili Kullanılarak Burdur’da Bir Evin Ortalama Elektrik İhtiyacının Karşılanması. Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 5(1): 14-17.
• Dinesh, H. ve Pearce, J.M. (2016). The potential of agrivoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews 54: 299–308. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.024
• E-kamkat, (2021). Tam ve Yarı Gölgede Yetişen 21 Sebze. https://www.e-kamkat.com/blog/icerik/tam-ve-yari-golgede-yetisen-21-sebze. (Son erişim tarihi: 19.01.2023).
• Elamri, Y., Cheviron, B., Lopez, J.M., Dejean, C., Belaud, G. (2018). Water Budget and Crop Modelling for Agrivoltaic Systems: Application to Irrigated Lettuces. Agricultural Water Management 208: 440–453. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.07.001
• Goetzberger, A.ve Zastrow, A. (1982). On the Coexistence of Solar-Energy Conversion and Plant Cultivation. International Journal of Solar Energy 1(1): 55-69.
• Gündoğdu, K., Kabadayı, H.S., Öztürk, A. (2016). Fotovoltaik Paneller İçin Güneş Takip Edebilen Basit ve Ekonomik Bir Sistem Tasarımı. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 4(2): 634-639.
• Güzeller, E., Akçay, M.T. Albayrak B.B. (2020). 1500 V DC Beslemeli Raylı Sistemlerde Solar Hücre Sisteminin Modellenmesi ve Fizibilitesi, Haliç Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 3(1): 19-34.
• Kabul, A.ve Yaşar, E. (2017). Fotovoltaik/Termal (PV/T) Hibrit Sistemlerin Soğutma Tekniklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. SDU International Journal of TechnologicalScience 9(1): 17-32.
• Karaağaç, M.O., Oğul, H., Bardak, S. (2020). Kanatlı Hayvan Çiftliği İçin Güneş Enerji Sisteminin Tasarımı ve Maliyet Hesabı. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8(1): 711-722.
• Kırbaş, İ., Çifci, A., İşyarlar, B. (2013). Burdur İli Güneşlenme Oranı ve Güneş Enerjisi Potansiyeli. Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 4(2): 20-23.
• Kuik, O., Branger, F., Quirion, P. (2019). Competitive advantage in the renewable energy industry: Evidence from a gravity model. Renewable Energy 131: 472-481.https://doi.org/10.1016/j.renene. 2018.07.046
• Mamur, H., Yakar, M.C., Zerafet, A. (2019). Bir Kamu Binası İçin Hibrit Enerji Sistemi Fizibilitesi. International Journal of Technological Sciences 11(1): 51-58.
• Nagashima, A. (2020). Solar Sharing: Changing the World and Life, https://www.amazon.com/Solar-Sharing-Changing-world-life-ebook/dp/B0881JWZ8G (Son erişim tarihi: 18.03.2022).
• Next2Sun GmbH, (2022). Bifacial Solar Fences. https://www.next-2sun.de (Son erişim tarihi: 19.03.2022).
• NREL, (2022). Best Research-Cell Efficiency Chart. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html (Son erişimtarihi: 14.03.2022)
• NTboxmag, (2019). Gıda, Su ve Enerji Arasında Karşılıklı Yarar Agrivoltaikler Sayesinde Sağlanıyor. https://www.ntboxmag.com/gida-su-ve-enerji-arasinda-karsilikli-yarar-agrivoltaikler-sayesinde-saglaniyor/ (Son erişimtarihi: 19.01.2023)
• PV Magazine., (2022). Jodhpur agrivoltaic pilot project replicated. https://www.pv-magazine-india.com/2019/09/30/jodhpur-agrivoltaic-pilot-project-replicated/ (Son erişimtarihi: 20.03.2022).
• Østergaard, P.A., Duic, N., Noorollahi, Y., Mikulcic, H., Kalogirou,S. (2020). Sustainable development using renewable energytechnology. Renewable Energy 146: 2430-2437.https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.08.094 REM Tec., (2022). Agrovoltaico. https://remtec.energy/en/agrovoltaico(Son erişim tarihi: 20.03.2022).
• Santra, P., Pande, P.C., Kumar, S., Mishra, D., Singh, R.K. (2017). Agri-Voltaics or Solar Farming: The Concept of Integrating Solar PV Based Electricity Generation and Crop Production in a Single Land Use System. International Journal of Renewable Energy Research 7: 694–699.
• Sinsel, S.R., Riemke, R.L., Hoffmann, V.H. (2020). Challenges and solution technologies for the integration of variable renewable energy sources-a review. Renewable Energy 145: 2271-2285. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.147
• Sun’Agri., (2022). Agrivoltaism. https://sunagri.fr/en/ (Son erişim tarihi: 20.03.2022).
• T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı. Tarla ve Bahçe Bitkileri, Ürünler ve Üretim (2022). https://www.tarimorman.gov.tr/Konular/Bitkisel-Uretim/Tarla-Ve-Bahce-Bitkileri/Urunler-Ve-Uretim (Son erişim tarihi: 11.03.2022)
• Toledo, C., ve Scognamiglio, A. (2021). Agrivoltaic Systems Design and Assessment: A Critical Review, and a Descriptive Model towards a Sustainable Landscape Vision (Three-Dimensional Agrivoltaic Patterns). Sustainability13: 6871. https://doi.org/10.3390/su13126871
• TÜİK (2022). Bitkisel Üretim İstatistikleri. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Bitkisel-Uretim-Istatistikleri-2021-37249 (Son erişim tarihi: 11.03.2022)
• Xu, M., ve Buyya, R. (2020). Managing renewable energy and carbon footprint in multi-cloud computing environments. Journal of Parallel and Distributed Computing135: 191-202. https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2019.09.015
• Zainol Abidin, M.A., Mahyuddin, M.N., Mohd Zainuri, M.A.A. (2021). Solar Photovoltaic Architecture and Agronomic Management in Agrivoltaic System: A Review. Sustainability 13: 7846. https://doi.org/10.3390/su13147846
• Zheng J, Meng S, Zhang X, Zhao H, Ning X, Chen F, et al. (2021). Increasing the comprehensive economic benefits of farmland with Even-lighting Agrivoltaic Systems. PLoS ONE 16(7): e0254482. https://doi.org/10.1371/journal.